第 3 次作业一、简答题（本大题共 60 分，共 15 小题，每小题 4 分）1. 齿根弯曲疲劳强度计算针对何种失效形式？其基本理论依据是什么？2. 普通圆柱蜗杆传动的标准模数 m 和标准压力角 α 是在什么面内？蜗杆传动的正确啮合条件是什么？3. 常用弹簧的类型有哪些？4. 试分析基准直径对 V 带传动有何影响？5. 螺母材料选择与螺栓有何不同？为什么？6. 降低机器成本主要有哪些措施？7. 与滚动轴承比较，滑动轴承具有哪些优越性？8. 如何提高轮齿抗弯曲疲劳折断的能力？9. 简述热处理零件结构工艺性？10. 带传动为什么必须安装张紧装置？常用的张紧装置有哪些？11. 试说明针对不同的齿轮应选用怎样的材料？12. 推力球轴承为什么不宜用于高速？13. 为什么蜗杆传动热平衡计算和蜗杆刚度计算是必要的？14. 为了避免带打滑，将带轮和带接触的工作表面加工粗糙些，以增大摩擦，这样解决是否合理？为什么？15. 普通平键连接有哪些失效形式？主要失效形式是什么？怎样进行强度校核？如何经校核判定强度不够时，可采取哪些措施？二、分析计算题（本大题共 40 分，共 5 小题，每小题 8 分）1. 一 30207 单列圆锥滚子轴承受到的径向载荷 FR=5500N，轴向载荷FA=2700N，轴承转速 n=2560r/min，运转有轻微冲击，要求轴承能工作4000 小时，问该轴承是否满足要求。（30207 有关参数如下：Cr=63.5kN，α=14º02'10"，e=1.5tanα，当 FA/FR≤e 时，X=1，Y=0；当FA/FR＞e 时，X=0.4，Y=0.4cotα， ）2. 某搅拌机用电动机驱动，低速级采用链传动，输入功率 P=15kW，转速n=50r/min，如使用双排 20A 链条，z1=19，z2=57，a=1200mm，中等冲击载荷 KA=1.3，试验算工作能力。已知 20A 链条节距为 31.75mm，单排极限拉伸载荷 FQ=87kN。3. 如图所示，轴的支承为一对型号相同的圆锥滚子轴承，正装。已知：FR1=4000N，FR2=5500N，Fa=2500N，试求当量动载荷 Pr1和 Pr2各为多少？注：该轴承的有关参数如下： e=0.34，Y=1.5，S=FR/2Y；当 FA/FR≤e 时：X=1，Y=0；当 FA/FR＞e 时：X=0.4，Y=1.5。 解题方案：评分标准： 4. 如图所示一矩形钢板用两个 M20 的普通螺栓连接到机架上。已知作用于钢板的载荷 F=2000N 螺栓小径 d1=17.29mm，板和螺栓材料为Q235，σs=235MPa，不控制预紧力的安全系数 S=2.4，板与机架间摩擦系数 fs=0.2，可靠性系数 Kf=1.1，a=200mm，L=300mm，试校核螺栓连接的强度？ 5. 如图所示为一标准蜗杆传动，蜗杆主动，旋向如图所示，转矩T1=25N•m，模数 m=4mm，压力角 α=20º，头数 z1=2，直径系数q=10，蜗轮齿数 z2=54，传动的啮合效率 η=0.75。试确定：1）蜗轮的旋向和转向；2）作用在蜗杆、蜗轮上的各力的大小及方向。 答案：一、简答题（60 分，共 15 题，每小题 4 分）1. 参考答案：齿根弯曲疲劳强度计算是针对疲劳折断，其基本理论依据是材料力学的悬臂梁理论弯曲强度公式。解题方案：说明齿根弯曲疲劳强度的理论依据评分标准：2. 参考答案：普通圆柱蜗杆传动的标准模数 m 和标准压力角 α 是在中间平面内。蜗杆传动的正确啮合条件同旋是：mx1=mt2=m，αx1=αt2=20º，且 γ=β，两者旋向相同。解题方案：说明普通圆柱蜗杆传动的啮合条件。评分标准：3. 参考答案：按受载不同，弹簧可分为拉伸、压缩、扭转、弯曲四类；按形状不同，弹簧可分为螺旋形、环形、碟形、板形和盘形等类，其中圆柱形螺旋弹簧应用最广。 解题方案：从受载情况和形状两方面介绍评分标准： 4. 参考答案：① 基准直径不宜过小，否则会使带的包角减小，同时增加带的弯曲应力，应不小于表标准中的最小直径，并符合带轮直径系列。解题方案：评分标准：5. 参考答案：螺母材料的强度级别宜较螺栓略低，为了减少磨损、避免胶合。如螺纹牙有损伤，伤在螺母，更换方便。此外还有缓和螺纹牙间受力不均的作用。解题方案：从避免失效角度进行分析评分标准：6. 参考答案：在保证机器必需的功能和可靠性条件下：1）尽量采用简单的结构和机构，减少零件的数目和种类；2）尽量采用标准件、廉价材料和廉价毛坯；3）采用经济精度，尽量减少加工、装配和安装工时。解题方案：从保证机器必需的功能和可靠性条件下对机器成本控制进行分析。评分标准：7. 参考答案：与滚动轴承比较，滑动轴承具有优越性：1）高速、高精度、重载荷或冲击载荷的场合；2）要求轴承径向尺寸小或剖分式结构时常应用滑动轴承。解题方案：介绍滑动轴承较滚动轴承具有的优越性评分标准：8. 参考答案：增大过渡圆角，减少加工刀痕，可降低应力集中；增大轴和支撑的刚度，可减小齿面局部受载；使轮齿芯部具有足够的韧性；以及在齿根部进行喷丸等表面强化处理等都可有效地提高轮齿抗弯曲疲劳折断的能力。解题方案：从齿根弯曲疲劳强度计算方法进行分析。评分标准： 9. 参考答案：为避免热处理过程中产生裂纹或变形，零件形状应力求简单，采用圆角过渡，并提高刚性。解题方案：从热处理过程中产生的损坏对需要满足的结构工艺性进行说明。评分标准：10. 参考答案：带传动经一定时间运转后，带由于塑性变形而松弛，使张紧力降低。为保证其传动能力，宜有张紧装置。常用的张紧装置有定期的、自动的和张紧轮等。解题方案：介绍带传动张紧的原因和装置评分标准：11. 参考答案：一般参数、中小功率的齿轮传动常用 45 钢，经正火或调质处理，软齿面组合。重要传动常选用合金钢，经调质或表面淬火，软-硬齿面组合或硬齿面组合。对于大型齿轮可选用铸钢。此外，低速、轻载、无冲击振动的开式齿轮可选用铸铁；轻载荷要求低噪声时，可选用工程塑料。解题方案：对各种传动情况分别进行说明评分标准：12. 参考答案：高速时离心力大，钢球和保持架磨损、发热严重，寿命降低，因此推力球轴承不宜用于高速。解题方案：从高速运转时推力球轴承的失效解释推力球轴承为什么不宜用于高速。评分标准：13. 参考答案：闭式蜗杆传动散热困难，一般要进行热平衡计算。蜗杆受力后若产生过大弯曲变形，就会造成轮齿上的载荷集中，影响蜗杆与蜗轮的正确啮合，因此对蜗杆还必须进行刚度校核。解题方案：分别介绍蜗杆传动热平衡计算和刚度计算的原因。 评分标准：14. 参考答案：不合理。因带传动过程有弹性滑动，带轮工作面粗糙将会加剧带的磨损，磨损后将降低张紧力，从而减小摩擦力。解题方案：从带传动的失效进行分析评分标准：15. 参考答案：普通平键连接属于静连接，失效形式有键、轴槽和轮毂槽三者中最弱的工作面被压溃和键被剪断。前者为主要失效形式。通常只须按工作面挤压应力进行强度计算。如强度不够时，可采取以下措施：采用双键，适当增加键的长度，适当增大轴径。解题方案：对普通平键连接失效形式进行分析介绍。评分标准：二、分析计算题（40 分，共 5 题，每小题 8 分）1. 参考答案：解题方案：评分标准：2. 参考答案：链速 v=z1pn1/(60×1000)=19*31.75*50/60/1000=0.503m/s＜0.6m/s，所以按静强度验算链传动工作能力。链条的有效拉力 F=P/v=15/0.503=29.82kN S=nFQ/(KAF)=2*87/1.3/29.82=4.49＞4 所以合格。 解题方案：通过计算链速对链的工作拉力进行计算校核。评分标准：3. 参考答案：解题方案：评分标准：4. 参考答案： 解题方案：评分标准：5. 参考答案：